風車ブレード廃棄物からの樹脂と繊維の両方を低分子でリサイクル

Jul 07, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 9270 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

風力エネルギーには、地球規模での大きな成長の可能性と応用性がありますが、風力タービンのブレードの約 2.4% を毎年廃止する必要があります。 ブレードのコンポーネントの大部分はリサイクル可能です。 ただし、風力ブレードがリサイクルされることはほとんどありません。 本研究では、エステル基を含む廃棄複合材料を溶解して使用済みの風力タービンブレードをリサイクルする動的反応に基づく小分子支援技術を含む代替方法が提示された。 この効果的なプロセスには 200 °C 以下の温度が必要で、主成分である樹脂は容易に溶解します。 この方法は、風力タービンブレードや繊維と樹脂からなる炭素繊維複合材料などの複合材料のリサイクルに適用できます。 廃棄物に応じて、最大 100% の樹脂分解収率を達成できます。 リサイクルプロセスに使用される溶液は複数回再利用でき、樹脂ベースのコンポーネントを取得してこのタイプの材料の閉ループを作成するために再利用できます。

風力は、無限の資源とその利用のための効率的な技術を備えた完全に再生可能なエネルギー源です。 ヨーロッパ、中国、洋上風力タービンは 2020 年に新記録を樹立し、93 GW 以上、合計 742.7 GW1 を設置しました。 EUは、新たな建設により風力発電容量が205GW2から2030年までに323GWに増加すると予測している。 風力エネルギーは EU の電力の 15% を供給しており、2030 年までに 30% を供給する予定です。 2020 年から 2030 年にかけて、2000 年代の風力タービンの多くは廃止措置と解体を受けることになります 3,4。 ドイツ、スペイン、デンマークでは、ヨーロッパに設置されている風力タービンの 41 ～ 57% が、2020 年時点で利用期間が 15 年を超えています5,6。 2021 年には、20 年間のサポート期限切れにより、合計 4 GW の風力タービン (6,000 基) が廃止される可能性があります7。 ヨーロッパでは毎年、風力タービンのブレード全体の 2.4% が交換されています8。 風力ブレードなどの大型複合材料はめったにリサイクルされず9、10、11、12、13、多くのブレードは解体され埋め立てられ環境に負担をかけ、その結果化学エネルギーとリサイクル可能な材料の可能性が失われます。

風力タービンのブレードは、熱可塑性コーティング、熱硬化性樹脂/ガラスと炭素繊維の複合材料 14、炭素繊維、バルサ材、接着剤 15 を含む複雑な組成を持っています。 この構成により、材料の分離と分離された画分のさらなる再利用が非常に困難になります16、17、18、19。 さらに 1 kW の風力発電を設置するには、ブレード材料を含む 12 ～ 15 kg の複合材料が必要です20。 外層複合材料の架橋熱硬化性ポリマーは溶融または再成形できないため、リサイクルの初期段階でも問題が生じます21、22、23、24、25、26。 機械的27、28、29、30、熱的31、および化学的32、33、34、35、36の熱硬化性複合材料のリサイクル方法が研究者によって開発されています。 熱分解およびガス化サーマルリサイクル技術の TRL 評価は、それぞれ 9 および 5/6 です 37,38。 残念なことに、500 °C を超える温度の熱分解条件では、酸化残留物、炭化、または化学構造が保持され、繊維が損傷する可能性があります。 また、必ずしも経済的であるとは限らず、その適合性は使用されるテクノロジーによって異なります。 熱変換プロセスを自動熱プロセスとして実行する場合は、プロセスによって放出される揮発性物質の一部またはすべてを使用する必要があります。 その結果、そのような流れから回収できる有機化合物の大部分ではないにしても、一部が失われます。 さらに、熱変換プロセスでは複雑な混合物が生成されるため、使用前に蒸留、水素化脱酸素、水素化分解などの追加の高温プロセスが必要になります。 この研究で使用された加溶媒分解は、きれいな無傷の繊維を回収し、樹脂を再利用するため、繊維強化樹脂複合材料のループを閉じる可能性があります39。 高温 (熱分解やガス化よりは低い) および高圧条件により、大量の溶媒が収集および再導入されるため、この技術は非効率的でエネルギーを大量に消費します。 この方法では、TRL が 5/626,40 であるにもかかわらず、品目のコスト対価値の比率が最高になります。